KR20010065169A - 액정 표시장치 - Google Patents

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KR20010065169A
KR20010065169A KR1019990065038A KR19990065038A KR20010065169A KR 20010065169 A KR20010065169 A KR 20010065169A KR 1019990065038 A KR1019990065038 A KR 1019990065038A KR 19990065038 A KR19990065038 A KR 19990065038A KR 20010065169 A KR20010065169 A KR 20010065169A
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유장진
최석원
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구본준, 론 위라하디락사
엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 있어서, 개구율을 향상시키고, 광시야각을 구현하기 위해 서로 대향하여 이격된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판의 대향하는 면에 각각 형성된 제 1, 2 전극과; 상기 제 1, 전극 상에 형성된 강유전성 폴리머인 제 1 배향막과; 상기 제 2 전극 상에 형성된 제 2 배향막과; 상기 제 1, 2 기판의 바깥 면에 각각 형성된 제 1, 2 편광판과; 상기 제 1, 2 배향막 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정 표시장치에 관해 개시하고 있다.

Description

액정 표시장치{Liquid crystal display device}
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)의 제조방법 및 그 제조 방법에 따른 액정표시장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 일반적인 액정표시장치에서 액정의 초기 분자배열을 제어하는 배향막으로 강유전성 액정폴리머를 사용함으로써, 전기장의 인가여부에 따라 배향방향이 가변되도록 하는 액정 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 편광된 빛이 임의로 변조되어 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 전술한 바 있는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
일반적으로 액정표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 TN 액정 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
액정 패널(20)은 여러 종류의 소자들이 형성된 두 장의 기판(2, 4)이 서로 대응되게 붙어 있고, 상기 두 장의 기판(2, 4) 사이에 액정층(10)이 끼워진 형태로 되어 있다.
상기 액정 패널(20)에는 색상을 표현하는 컬러필터가 형성된 상부 기판(4)과 상기 액정층(10)의 분자 배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로가 내장된 하부 기판(2)으로 구성된다.
상기 상부 기판(4)에는 색을 구현하는 컬러필터층(8)과, 상기 컬러필터층(8)을 덮는 공통전극(12)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(12)은 액정(10)에 전압을 인가하는 한쪽전극의 역할을 한다. 상기 하부 기판(2)은 스위칭 역할을 하는 박막트랜지스터(S)와, 상기 박막 트랜지스터(S)로부터 신호를 인가받고 상기 액정(10)으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극(14)으로 구성된다.
상기 화소전극(14)이 형성된 부분을 화소부(P)라고 한다.
그리고, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 사이에 주입되는 액정(10)의 누설을 방지하기 위해, 상기 상부 기판(4)과 하부 기판(2)의 가장자리에는 실런트(sealant : 6)로 봉인되어 있다.
상기 하부 기판(2)에는 다수개의 박막 트랜지스터(S)와 상기 박막 트랜지스터와 각각 연결된 다수개의 화소전극(14)이 배열된다.
상술한 액정표시장치는 상부 기판인 컬러필터 기판에 공통 전극이 형성된 구조이다. 즉, 상기 공통 전극이 상기 화소 전극과 수직으로 형성된 구조의 액정표시장치는 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통전극이 접지의 역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정셀의 파괴를 방지할 수 있다.
도 2a와 도 2b는 상기 TN 액정패널의 전압인가시 액정(10)의 동작을 도시한 도면으로, 도 2a는 전압 무인가시의 TN 액정패널의 액정의 배열을 도시한 도면이다. 이 때, 상기 액정(10)의 배열은 초기 배향방향으로 상/하 기판방향으로 90o로 꼬인 배열상태를 갖는다.
도 2b는 상/하 기판에 전압을 인가했을 때의 액정분자의 배열상태를 도시한 도면이다. 상기 상/하 기판에 전압을 인가하면, 상기 90o로 꼬인 액정분자(10)는 극각(polar angle)과 전기장의 방향으로 재배열하게 된다.
그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 갖고 있다. 즉, 상기 액정분자(10)가 극각의 변화로 회전하기 때문에 시야각에 따른 C/R(contrast ratio)과 휘도의 변화가 심하게 된다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새로운 기술이 제안되고 있다. 하기 기술될 내용은 수평장에 의한 액정 구동방법으로 시야각 특성이 우수한 장점을 갖고 있다.
도 3은 상기 수평장에 의한 시야각의 문제를 해결하기 위해 제안된 IPS 모드의 액정표시장치의 구성을 도시한 도면으로, 기판(30) 상에 화소전극(34)과 공통전극(36)이 동일 평면상에 형성되어 있다. 즉, 액정(10)은 상기 동일 기판(1) 상에 상기 화소전극(34)과 공통전극(36)의 수평 전계(35)에 의해 작동한다. 상기 액정층(10) 상에는 컬러필터 기판(32)이 형성되어 있다.
도 4a와 도 4b는 IPS 모드에서 전압 온/오프시 액정분자 배열의 변화를 나타내는 도면이다.
즉, 화소전극(34) 또는 공통전극(36)에 전계(35)가 인가되지 않은 상태에서는 액정분자 배열의 변화가 일어나지 않고 있음을 보이고 있다.
도 4b는 상기 화소전극(34)과 공통전극(36)에 전압이 인가되었을 때 액정 분자배열의 변화를 도시한 도면으로, 수평전계(35)가 형성됨을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 IPS 모드를 사용하는 액정표시장치는 동일 평면상에 화소전극과 공통전극이 모두 존재하기 때문에 수평전계(35)를 이용한다는 특징이 있다.
또한, 컬러필터 기판에는 투명 전극이 형성되지 않으며, 상기 IPS 모드의 액정표시장치에 사용되는 액정은 음의 유전율 이방성을 가지는 액정이다.
상기 IPS 모드의 장점으로는 광시야각이 가능하다는 것이다. 즉, 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우 방향으로 약 70°방향에서 가시할 수 있다.
그러나, 공통전극(36)과 화소전극(34)이 동일 기판 상에 존재하기 때문에 하부광원(미도시)의 빛에 의한 투과율 및 개구율이 저하되는 단점이 있다.
또한, 구동전압에 의한 응답시간을 개선해야 하고, 시야각에 따른 색 의존도를 감소시켜야 한다.
도 5는 상기 IPS 모드의 액정 표시장치의 시야각에 따른 색좌표의 특성으로 좌/우, 상/하, 45o, 135o의 각에 따른 특성을 도시한 도면이다.
상기 IPS 모드는 광시야각의 장점은 있으나, 표준 백색광(0.329, 0.333)에서 시야각에 따라 색변이가 일어나는 것을 알 수 있다. 이는 상기 IPS 모드에서의 액정의 구동이 복굴절방식으로 제어되기 때문이다.
상기와 같은 종래의 TN 모드의 액정 표시장치와 IPS 모드의 액정 표시장치의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는, 시야각에 따른 색 의존도의 감소 및 시야각과 개구율이 우수한 액정 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.
도 2a와 도 2b는 TN 모드 액정표시장치의 동작을 도시한 도면.
도 3은 일반적인 IPS 모드의 액정표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.
도 4a와 도 4b는 일반적인 IPS 모드 액정표시장치의 동작을 나타내는 사시도.
도 5는 일반적인 IPS 모드 액정표시장치의 시야각에 따른 색좌표를 도시한 도면.
도 6은 강유전성액정의 동작을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면을 도시한 도면.
도 8은 전압인가시 본 발명에 따른 액정표시장치의 동작을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 액정표시장치의 시야각에 따른 색좌표의 특성을 도시한 도면.
도 10a는 본 발명에 따른 액정표시장치의 시야각에 따른 C/R의 비율을 도시한 도면.
도 10b는 기존 IPS 모드의 액정표시장치의 시야각에 따른 C/R의 비율을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50 : 하부기판 52 : 제 2 전극
54 : 하부 배향막 60 : 상부기판
62 : 제 1 전극 64 : 상부 배향막
70 : 액정층
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 서로 대향하여 이격된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판의 대향하는 면에 각각 형성된 제 1, 2 전극과; 상기 제 1, 전극 상에 형성된 강유전성 폴리머인 제 1 배향막과; 상기 제 2 전극 상에 형성된 제 2 배향막과; 상기 제 1, 2 기판의 바깥 면에 각각 형성된 제 1, 2 편광판과; 상기 제 1, 2 배향막 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정 표시장치을 제공한다.
또한, 상기 제 2 배향막은 수평배향인 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 액정층은 유전율이 음인 액정인 것을 특징으로 한다.
일반적인 액정 표시장치에서는 액정을 배향하기 위해 배향막을 사용한다. 즉, 폴리이미드(PI)라는 물질을 사용하여, 러빙 등의 방법으로 상기 배향막에 미세한 홈을 형성하는 방식을 채택한다.
그러나, 본 발명에서는 상기 배향막으로 강유전성액정 폴리머(Ferroelectric Liquid Crystal polymer ; FLCP)를 사용하여 액정 표시장치를 제작하였다.
여기서, 강유전성액정(Ferroelectric Liquid Crystal ; FLC)은 외부에서 전기장을 인가하지 않더라도 자발적으로 전기분극을 갖는 액정을 말한다.
상기 FLC에는 특유의 쌍 안정성이라 불리는 성질이 있고, 액정 표시장치의 화소수가 늘어나도 콘트라스트의 열화가 없고, 화면 깜박임(flicker)이 없는 고품위의 화질을 가능하게 한다.
또한, TN 액정이나 STN액정 보다 수백배 이상의 빠른 응답속도는 프레임이반복되더라도 화상의 희미해짐을 방지하고, 현재의 컴퓨터에서 필수적인 마우스(mouse)의 조작이나, 윈도우(window)의 조작에서 응답성의 향상에도 기여한다.
또한, FLC는 그 특성상 나선방향으로 분자가 재배열하는 성질을 갖기 때문에 시야각이 우수한 대면적의 액정 표시장치에 적절하다고 할 수 있다(도 6 참조).
상술한 바와 같은 FLC의 전기적인 특성을 이용하여, 배향막 자체에서도 전기장의 인가 여부에 따라 배향방향을 바꿈으로써, 본 발명에서는 우수한 광학적 특성의 액정 표시장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정 표시장치를 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 액정 표시장치의 단면을 도시한 도면으로, 스위칭 소자(미도시)가 형성된 하판(50)과 컬러필터(미도시)가 형성된 상판(60)으로 구성되며, 상기 상판(60)과 하판(50)의 사이에는 액정(70)이 위치하고 있다.
상기 상판(60)에는 상부 배향막(64)으로 강유전성액정 폴리머(FLCP)를 사용한다. 그리고, 상기 상판(60)과 상기 상부 배향막(64)의 사이에는 제 1 전극(62)이 형성된다.
또한, 상기 하판(50)에는 제 2 전극(52)과 상기 제 2 전극(52) 상부에 하부 배향막(54)이 형성된다.
여기서, 상기 액정(70)은 유전율이 음인 액정을 사용하여, 상기 제 1, 2 전극(62, 52)에 의해 수직으로 걸리는 전기장에 의해 극각(polar angle) 방향으로 회전력을 갖지 못하게 구성한다. 여기서, 상기 액정(70)은 유전율 이방성이 양인 액정을 사용하여도 되며, 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 첨가할 수 있다.
한편, 상기 상부 및 하부 배향막(64, 54)은 수평배향하여 초기의 액정 분자의 배열이 평행이 되도록 한다.
도 8은 제 1, 2 전극(62, 52)에 전압을 인가했을 때를 도시한 도면으로, 상기 제 1, 2 투명전극(62, 52)에 전압이 인가되면, 상판(60)에 형성된 상부 배향막(64)의 FLCP 분자들은 수직으로 인가되는 전기장에 의해 상기 상부 배향막(64)의 평면 내에서 회전력을 가지게 되고, 분자 배열방향이 바뀌게 된다.
또한, 상기 상부 FLCP배향막(64)에 의해 액정(70)의 계면에 존재하는 액정 분자의 배열방향도 제어되게 된다.
즉, 전압 무인가시 평행으로 배열하는 액정(70)에 상기 제 1, 2 전극(62, 52)에 전압이 인가되면, 상기 상부 FLCP배향막(64)이 평면 내에서 재배열을 하게 되고, 상기 재배열되는 FLCP의 계면에 존재하는 액정(70)도 상기 FLCP의 재배열 방향에 따라 분자배열방향이 바뀌게 된다.
따라서, 전압 무인가시 초기 평행배열하고 있던 액정분자(70)는 전압인가에 따라 트위스트(twist)배열을 하게 된다.
이 때, 상/하 기판(60, 50)의 바깥쪽에 각각 위치하는 제 1, 2 편광판(미도시)의 배열은 하부 배향막(54)의 배향방향과 제 2 편광판과 동일한 방향으로 배치하고, 제 1 편광판은 상기 제 1 배향막의 배향방향과 수직한 방향으로 배치한다. 즉, 상기 제 1, 2 편광판은 서로 직교하는 구조가 된다.
따라서, 전압 무인가시에는 액정분자(70)가 평행하게 배열되며, 이 때 제 2 편광판을 통해 수직한 방향으로 입사된 편광이 액정층을 통과한 후, 제 1 편광판으로 투과되지 못해서 암(暗)상태가 된다.
또한, 전압인가시에는 액정분자(70)가 트위스트로 배열하며, 제 2 편광판을 통해 수직하게 입사된 편광이 상기 트위스트된 액정분자의 경로를 따라 회전하여 제 1 편광판을 투과하게 되며 명(明)상태가 된다.
여기서, 본 발명에 따른 액정분자의 구동 방식은 평면방향에서 액정이 트위스트하는 방식으로 시야각 의존도가 작고 전압 무인가(오프상태)시 광의 누설이 없기 때문에 C/R가 큰 장점이 있다.
도 9는 본 발명에 따른 액정 표시장치의 시야각에 따른 색좌표의 특성 즉, 시야각을 상/하, 좌/우, 45o, 135o로 바꾸어가며 색좌표의 변화를 측정한 도면으로, 표준 백색광(0.329, 0.333)의 좌표에서 이동이 거의 없음을 알 수 있다.
따라서, IPS 모드의 시야각에 따른 색좌표의 특성을 도시한 도 5와 비교해서, 본 발명에 따른 액정 표시장치의 시야각 특성이 우수함을 알 수 있다.
또한, IPS 모드에서와 같이 동일평면에 공통전극과 화소전극을 사용하지 않기 때문에 개구율 면에서도 기존 IPS 모드의 액정 표시장치보다 우수함을 알 수 있다.
도 10a와 도 10b는 시야각에 따른 C/R의 비율을 도시한 도면이다.
즉, 도 10a에 도시된 도면은 본 발명에 따른 액정 표시장치의 시야각에 따른C/R의 비율을 도시한 도면이고, 도 10b에 도시된 도면은 기존의 시야각이 우수하다는 IPS 모드의 액정 표시장치의 시야각에 따른 C/R의 비율을 도시한 도면이다.
도 10a와 도 10b를 비교할 때, IPS 모드의 액정 표시장치와 손색이 없을 정도로 본 발명에 따른 액정 표시장치의 시야각의 특성이 우수함을 알 수 있다. 이는 전압의 인가여부에 따라 액정이 트위스트 되어있기 때문에 TN 모드와 비슷하지만, TN 모드의 액정의 분자는 극각의 방향으로 회전하고, 본 발명에 따른 액정의 분자배열의 구조는 평면방향에서 액정 분자가 회전하므로 시야각의 의존도가 작고, 오프(off) 상태에서의 광누설이 없기 때문에 C/R의 비율이 크게 나타난다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시장치는 기존의 TN 방식과 IPS 방식의 장점을 수용하여 구성함으로써, 시야각에 따른 색 의존도의 감소 및 개구율과 시야각이 우수한 특성을 나타낸다.
그리고, 상기 FLCP층은 전압인가에 따른 분자 재배열의 속도가 매우 빠르기 때문에 우수한 동작특성도 가진다.
한편, 제 1, 2 편광판의 배치는 하부배향막의 배향방향과 상기 제 2 편광판의 편광축이 수직으로, FLCP층의 배향방향과 상기 제 1 편광판과는 수평방향으로 배치할 수 있을 것이다.
또한, 하부 배향막으로도 상기 FLCP층을 형성할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시장치는 상부 또는 하부 배향막에강유전성액정을 사용함으로써, 전압인가 여부에 따라 배향막의 배향방향을 조절하여 시야각 및 개구율이 우수하고, 시야각에 따른 색좌표의 이동이 적은 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 서로 대향하여 이격된 제 1, 2 기판과;
    상기 제 1, 2 기판의 대향하는 면에 각각 형성된 제 1, 2 전극과;
    상기 제 1, 전극 상에 형성된 강유전성 폴리머인 제 1 배향막과;
    상기 제 2 전극 상에 형성된 제 2 배향막과;
    상기 제 1, 2 기판의 바깥 면에 각각 형성된 제 1, 2 편광판과;
    상기 제 1, 2 배향막 사이에 형성된 액정층
    을 포함하는 액정 표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 배향막은 수평배향인 액정 표시장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 편광판의 편광축은 상기 제 1 배향막의 배열방향과 수직한 방향인 액정 표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 편광판의 편광축은 상기 제 2 배향막의 배열방향과 평행 방향인 액정 표시장치.
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